UNIX网络编程笔记(6):I/O复用之select函数

上一讲中我们正确处理了僵尸子进程，使得这个简单的服务器更加健壮。不幸的是，这个程序仍然有问题。想象一下，如果一个客户正在和一个服务器子进程连接建立完毕正在通话，而服务器子进程意外终止（比如kill），服务器TCP向客户TCP发送一个FIN，但客户端正在调用fgets函数等待用户输入字符而得不到这个FIN，直到套接字读为止（可能过了很长时间）。

1、来看看问题是什么

首先启动服务器与客户，建立连接：

客户输入nihao后服务器正确回射，然后kill掉服务器子进程后客户输入and...，输出错误：

服务器端重启（上一讲中解决的问题）。

这个过程发生了什么？

（1）当kill掉服务器子进程后，服务器父进程正确处理了SIGCHLD信号。服务器也向客户发送一个FIN，客户回应一个ACK，TCP连接终止的前半部分完成；

（2）客户上没有发生任何特殊的事，客户TCP接收到服务器的FIN后回应一个ACK，但问题是客户正阻塞在fgets上，等待用户输入；

（3）在客户上再输入and...，导致错误发生：str_cli调用write，客户TCP接着把数据发送给服务器，但是客户FIN的接收并没有告知客户TCP服务器进程已经终止。当服务器TCP接收到客户的数据时，发送一个RST；

（4）但是客户进程看不到这个RST，因为调用write后直接调用readline，并且由于之前接收的FIN，导致readline直接返回0（表示EOF）。但客户没有预期收到EOF，于是出错；

（5）客户终止，所有打开的描述符关闭；

问题的根本在于，当FIN到达套接字时，客户正阻塞在fgets调用上。客户实际上在应对两个描述符：套接字和用户输入，它不能单纯阻塞在某个特定的源上。select函数可以解决这个问题。

2、select函数

有些进程需要一种预先告知内核的能力，使得内核一旦发现进程指定的一个或多个I/O条件就绪时，它就通知进程。这个能力就是I/O复用。

select函数允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个发生，并只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒它。

下面的例子指出select可以告知内核在什么条件下发生时返回：

集合{1,4,5}中的任何描述符准备好读；
集合{2,7}中的任何描述符准备好写；
集合{1,4}中的任何描述符由异常条件待处理；
已经过了12.8秒；

也就是说，调用select函数告知内核对哪些描述符（就读、写或异常条件）感兴趣以及等待多长时间。描述符不局限于套接字，任何描述符都可以使用select。

函数定义如下，包含在<sys/select.h>头文件中：

#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set * exceptset,const struct timeval *timeout);

函数如果有描述符就绪就返回数量，超时返回0，出错返回-1。

参数含义如下：

maxfdp1：指定待测试描述符的个数，通常是待测试的最大描述符加1；

中间三个参数指定内核测试读、写和异常条件的描述符，这里设置成NULL即可；

timeval：告知内核等待所指定的时间，有三种情况：

（1）永远等待：设置为NULL；

（2）等待固定时间：在有一个描述符就绪后返回，但不超过参数所指定的时间；

（3）根本不等待：检查描述符后立刻返回；

3、重写客户端中的str_cli函数

客户的套接字上的三个条件：

（1）如果对端TCP发送数据，那么该套接字变为可读，并且read返回一个大于0的值（即读入数据的字节数）；

（2）如果对端TCP发送一个FIN，那么该套接字变为可读，read返回0（EOF）；

（3）如果对端TCP发送一个RST（对端主机崩溃并重启），那么该套接字变为可读，并且read返回-1，errno中有错误码；

下面是修改后的str_cli函数：

void str_cli(FILE *fp,int sockfd)
{int maxfdp1;fd_set rset;char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];FD_ZERO(&rset);int n;for(;;){FD_SET(fileno(fp),&rset);FD_SET(sockfd,&rset);maxfdp1=max(fileno(fp),sockfd)+1;if((n=select(maxfdp1,&rset,NULL,NULL,NULL))==0){printf("select timeout\n");return;}else if(n<0){printf("select error\n");return;}if(FD_ISSET(sockfd,&rset)){if(readline(sockfd,recvline,MAXLINE)==0){printf("str_cli:server terminated prematurely\n");return;}fputs(recvline,stdout);}if(FD_ISSET(fileno(fp),&rset)){if(fgets(sendline,MAXLINE,fp)==NULL)return;write(sockfd,sendline,strlen(sendline));}}
}

函数首先检查套接字，如果套接字是可读的，那么就用readline读入回射文本并输出；如果标准输入是可读的，就调用fgets读入一行，然后写入套接字。

运行结果：

（1）服务器进程终止后客户端直接终止：

（2）服务器端：

可以看到，程序运行良好。

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